Luận văn: Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’ pot

Nội dung đồ án bao gồm ba chương : -Chương I : Tổng quan về hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha -Chương II : Tính chọn các chi tiết trong mạch động lực -Chương III: Tính chọn các chi t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG………

Luận văn

Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha Đi

sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch

nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu bán dẫn, nghành điện tử

đã chiếm một vị trí quan trọng trong nghành sản xuất, sinh hoạt hằng ngày

Và qua đó, môn học điện tử công suất đã trở thành một môn học bắt buộc đối với các sinh viên nghành kỹ thuật, nghành tự động hóa

Trong quá trình học tập, mỗi sinh viên được nhận một đề tài hay một

bài tập lớn và một trong những đề tài đó là ‘‘Nghiên cứu tổng quan hệ

truyền động điện xoay chiều 3 pha Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’’

Trong cuốn đồ án môn học này sẽ đề cập chi tiết từng bước tiến hành thiết kế chế tạo bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha công suất nhỏ Nội dung đồ án

bao gồm ba chương :

-Chương I : Tổng quan về hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha

-Chương II : Tính chọn các chi tiết trong mạch động lực

-Chương III: Tính chọn các chi tiết trong mạch điều khiển

Mặc dù vậy, do trình độ và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của thầy giáo và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

XOAY CHIỀU 3 PHA

1.1 CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA

- Hệ thống truyền động điện xoay chiều 3 pha là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên máy sản xuất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của chúng ta

Hình1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện xoay chiều ba pha

Giới thiệu các đối tượng trong hệ thống truyền động điện

1 BBĐ: Bộ biến đổi dùng để biến đổi dòng điện (xoay chiều thành một

chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi pha, biến đổi tần số…

Các BBĐ thường dùng là các máy phát điện, hệ máy phát động cơ (hệ

F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần…

a) Bộ biến đổi dòng điện

- Bộ biến đổi dòng điện gồm hai loại đó là loại biến đổi dòng xoay chiều thành một chiều và loại biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều

Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều

- Trong thực tể thì loại biến đổi từ dòng xoay chiều thành một chiều phổ biến hơn loại kia , lý do đơn giản là lưới điện quốc gia hoạt động là loại xoay chiều, vì vậy mà nguồn điện là có sẵn cho loại dạng này

Bộ biến đổi dòng xoay chiều lại chia ra nhiều loại để thích hợp với yêu cầu sử dụng thực tế, người ta chia ra :

+ Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều giữ nguyên điện áp +Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều hạ áp

+Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều tăng áp

- Trên thực tế thì loại thứ hai và thứ ba là thông dụng trong sản xuất Nguyên lý của các bộ biến đổi này đó là kết hợp sử dụng giữa máy biến

áp với mạch công suất cầu diot, trisitor

Một số hình ảnh về bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều

Hình1.2 : Bộ chuyển đổi xoay chiều sang 1 chiều

Bộ biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều

- Loại này thì có ít trong thực tể hơn, chủ yếu có trong các hộ gia đình

và các xưởng sản xuất cỡ nhỏ Nguồn điện chủ yếu là acquy, Nguyên lý hoạt động cũng dưạ vào sử kết hợp giữa máy biến điện áp với hệ thống công suất cầu chỉnh lưu diot, trisitor

b) Bộ biến đổi loại nguồn

- Bộ biến đổi loại nguồn gồm hai loại:

+ Biến đổi nguồn dòng thành nguồn áp + Biến đổi nguồn áp thành nguồn dòng

Cả hai loại trên thường được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển, đặc biệt trong lĩnh vực vi điều khiển Chủ yếu điện áp hoặc dòng lấy ra từ bộ biến đổi được sử dụng để làm tín hiệu điều khiển chứ không đóng vai trò là một nguồn điện cung cấp cho sản xuất

c) Bộ biến đổi pha

- Thực tế thì có loai biến đổi ba pha thành một pha, hoặc biến đổi một pha thành ba pha tùy thuộc vào yêu cầu nguồn vào của máy sản xuất Trong các xí nghiệp hiện nay người ta sử dụng bộ biến đổi pha này khá phổ biến Do các cơ cấu sản xuất, động cơ có thể là một pha hay ba pha vì vậy mà các bộ biến đổi pha trở lên cần thiết Mạng điện công nghiệp là mạng điện ba pha xoay chiều, vì vậy mà bộ biến đổi ba pha thành 1 pha được sử dụng khá nhiều

ở các nhà máy

d) Bộ biến đổi là máy phát

- Hệ máy phát, động cơ (Hệ F_Đ), được sử dụng khá nhiều trong các nhà máy sản xuất công nghiệp Để đề phòng trường hợp mất điện đột ngột khi nhà máy đang thực hiện quá trình sản xuất, ( Ví dụ đang nấu thép ở nhà máysản xuất thép), thì người ta sử dụng máy phát điện là nguồn dự phòng

e) Bộ biến đổi tần số

- Trong các nhà máy, xí nghiệp hiện đại hiện nay, sự xuất hiện của các

bộ biến tần là một bước tiến lớn trong việc điều khiển tốc độ của động cơ điện Với các tính năng thực sự hợp lý và hữu ích trong quá trình vận hành, sản xuất Bộ biến tần đã có mặt tại các dây truyền

truyền động, điều khiển tự động Với tính năng dễ

dàng điều khiển, tiết kiệm điện năng bộ biến tần đã

thay thế các bộ điều chỉnh đã lỗi thời

Trong đồ án tốt nghiệp này chúng em đã sử

dụng biến tần MM420 của siemens để điều khiển tốc

độ của động cơ Không đồng bộ xoay chiều ba pha

Hình 1.3: Biến tần MM420

2 Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc cơ năng thành điện năng (khi hãm điện) Động cơ điện Đ tạo ra tốc độ quay, động cơ này sẽ được lai với cơ cấu sản xuất thông qua khâu truyền lực TL để

thực hiện các yêu cầu sản xuất cụ thể

Động cơ điện có + Động cơ 1 chiều

+ Động cơ xoay chiều

Trong động cơ xoay chiều lại chia ra gồm hai loại động cơ là động cơ xoay chiều đồng bộ và động cơ xoay chiều không đồng bộ (hay động cơ dị bộ)

Động cơ không đồng bộ gồm có: +Động cơ KĐB 1 pha

+ Động cơ KĐB 3 pha

Động cơ sử dụng trong đồ án là loại động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha

3 TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu

sản xuất, hoặc để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc),

hoặc là phù hợp về tốc độ, mô men, lực Để truyền lực có thể dùng thanh răng, bánh răng, trục vít, xích, đai truyền, các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ…

Khâu truyền lực là một khâu khá quan trọng trong hệ thống truyền động điện Nó ảnh hưởng lớn tới năng suất sản xuất của hệ thống truyền động Khâu truyền lực có chắc chắn, hoạt động ổn định thì công truyền từ động cơ

Đ tới máy sản xuất mới đạt được hiệu quả cao Ngược lại nếu khâu truyền lực không chắc chắn không những làm giảm năng suất sản xuất mà nó còn có thể gây nguy hiểm cho con người trong quá trình sản xuất, phá vỡ khâu truyền lực nếu như chúng không ăn khớp với nhau

Trong đồ án mô hình thì khâu truyền lực bao gồm Punis lắp trên đầu động cơ, dây cusroad, hệ thống phanh cơ, có thể phanh động cơ trong quá trình động cơ đang hoạt động

4 CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác

sản xuất và công nghệ (gia công chi tiết, nâng- hạ trọng tải, di chuyển)

5 ĐK: Khối điều khiển là các thiết bị điều khiển bộ biến đổi, động cơ điện Đ, cơ cấu truyền lực TL

Khối điều khiển bao gồm các thiết bị đo lường, các bộ điều chỉnh tham

số và công nghệ, các khí cụ, các bộ điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các role, công tắc tơ), hay không có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Trong đồ án hệ truyền động điện có ghép nối thêm với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, PLC,

Các thiết bị đo lường, cảm biến (senso) lấy tín hiệu phản hồi

Thiết bị đo lường sử dụng trong đồ án hai củ phát một chiều làm nhiệm

vụ là hai máy phát tốc, được lai với trục động cơ Đ thông qua khớp mềm để

lấy tín hiệu phản hồi đưa về bộ điều khiển

Cấu trúc của hệ thống truyền động điện xoay chiều ba pha gồm hai phần chính

- Phần lực (mạch lực) : từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện

năng đến bộ biến đổi BBĐ (biến tần) và động cơ điện truyền động Đ cho phụ

tải (máy sản suất)

- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục

vụ công nghệ và cho người vận hành Hệ truyền động điện có liên kết với máy tính điều khiển, PLC

Truyền động điện xoay chiều ba pha: Dùng động cơ điện không đồng

bộ xoay chiều ba pha Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha có ưu điểm

là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp

từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên trước đây hệ truyền động động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha chiếm tỷ lệ rất nhỏ do khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ Trong những năm gần đây do sự phát triển của công nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng bộ phát triển mạnh mẽ và được khai thác các điểm mạnh của mình đặc biệt các hệ có điều khiển tần số

1.2 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA 1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a) Stator

Hình 1.4 : Sơ đồ cấu tạo stato động cơ đồng bộ xoay chiều ba pha

1: Lõi thép stator 6: Hộp dầu cực 2: Dây quấn stator 7:Lõi thép roto 3: Nắp máy 8: Thân máy 4: Ổ bi 9: Quạt gió làm mát 5: Trục máy 10: Hộp quạt

1- Lõi thép

Lõi thép stator có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép ép vào trong vỏ máy

2 Dây quấn stator

- Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo ra từ trường quay

1 Lõi thép

- Lõi thép roto gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ bên trong lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục

2 Trục

Trục của máy điện không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto

3 Dây quấn rotor

- Dây quấn roto của máy điện không đồng bộ có hai kiểu:roto ngắn mạch hay còn gọi là roto lồng sóc và roto dây quấn

Roto lồng sóc (h1.4- b) gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ, dây quấn roto lồng sóc được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cách tản nhiệt và cachs quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh roto và gắn chặt vào vành ngắn mạch

Roto dây quấn cũng như dây quấn ba pha stator có cùng số cực từ như dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu sao và có ba đầu ra đấu với ba vành trượt, gắn vào trục quay của roto và cách điện với trục Ba chổi than cố định luon tỷ lệ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

Hình1.5 : Cấu tạo máy điện không đồng bộ roto dây quấn

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ

- Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số cặp cực của máy, n1 là tốc độ từ trường quay bậc một) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt roto, là cảm ứng trong dây quấn roto các sức điện động E2 Do roto kí mạch nên rong dây quấn roto có một dòng điện I2 chạy qua Từ thông do dòng điện này sinh

ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với thừ thông khe hở sinh ra mômen Tác dụng

đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n cuẩ roto Trong những phạm vi tốc

độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau Sau đây chunngs

ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy:

=

1 1

Như vậy khi n= n1 thì s = 0, còn n= 0 thì s =1 , Khi n > n1 , S< 0 và khi roto quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì S > 1

1 Roto quay cùng chiều từ trường quay nhưng tốc độ n< n1 (0 < s < 1)

Hình1.7 : Quá trình tạo mômen quay của động cơ không đồng bộ

- Khi chiều quay n1 của từ trường khe hở của roto như hình 1.6a theo quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều sức điện động E2 và I2 , theo qui

tắc bàn tay trái xác định được F và momen M Ta thấy F cùng chiều quay của roto nghĩa là điện năng đưa đến stator, thông qua từ trường đã biến đổi thành

cơ năng trên trục làm quay roto theo từ trường quay n 1, như vậy máy làm việc ở chế độ động cơ

2 Roto quay cùng chiều từ trường quay nhưng tốc độ n > n1 s < 0)

- Dùng động cơ sơ cấp quay roto của máy điện không đồng bộ vượt tốc

độ đồng bộ

n > n1 Lúc đó chiều cử từ trường quay quế qua dây quấn roto sẽ ngược lại sức điện động và dòng điện trong dây quấn roto cũng đổi chiều nên chiều của momen M cũng ngược chiều của n1, nghĩa là ngược chiều của roto, nên

đó là mômen hãm như (hình 1.6-a) Như vậy máy đẫ biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ, do dộng cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát

3 Rôto quay ngược chiều từ trường quay tức là tốc độ n < 0 (s > 1)

- Vì nguyên nhân nào đó rôt của máy điện quay ngược chiều từ trường quay như hình 1.6 -c , lác này chiều sức điệc động, dòng điện và momen giống như ở chế độ động cơ Vì momen sinh ngược chiều quay với roto nên

có tác dụng hãm roto lại Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện năng từ lưới điện vào, vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp Chế độ làm việc như vậy gội là chế độ hãm điện từ

1.2.3 Phương trình đặc tính cơ động cơ KĐB

- Khi coi ba pha động cơ là đối xứng, được cấp nguồn bởi nguồn xoay chiều hình sin 3 pha đối xứng và mạch từ động cơ không bão hòa thì có thể xem xét động cơ qua sơ đồ thay thế 1 pha đó là sơ đồ điện phía 1 pha stator với các đại lượng mạch roto đã được quy đổi về stator

Hình 1.8 : Sơ đồ thay thế động cơ KĐB

- Khi cuộn dây stator được cấp điện áp định mức U1ph, đm trên 1 pha

mà giữ nguyên roto không quay thì mỗi pha của cuộn dây roto sẽ xuất hiện 1

sức điện động E2f , đm, theo nguyên lý của máy biến áp

Hệ số quy đổi của sức điện động là: kE =

đm ph

đm ph

E

E

, 2

, 1

k

= kE

2

5)

(1 Với các hệ số quy đổi này, các đại lượng điện ở mạch roto có thể quy

đổi về mạch stator theo cách sau:

- Dòng điện: I2’=kI.I2

- Điện kháng: X2’=kX X2

- Điện trở: R2’=kR R2

Trên sơ đồ thay thế ở (hình 1.4) các đại lượng khác là:

Io – Dòng điện từ hóa của động cơ

Rm,Xm - Điện trở, điện kháng mạch từ hóa

I 1 - Dòng điện cuộn dây stator

R1,X1 - Điện trở, điện kháng cuộn dây stator

Dòng điện roto quy đổi về mạch stator có thể tính từ sơ đồ thay thế:

I'2 =

2 2 1 2 2 1

1

) ' (

u ph

(1 - 6)

Khi đông cơ hoạt động, công suất điện từ P12 từ stator chuyển sang

roto thành công suất cơ Pco đưa ra trên trục động cơ và công suất nhiệt P2

đốt nóng cuộn dây

P12 = Pcơ+ P2 (1-7)

Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mômen điện từ Mđt của động cơ

bằng mômen cơ M cơ : Mđt= Mcơ =M (1-8)

p2

(1-10) Công suất nhiệt trong cuộn dây 3 pha:

P2=3.R’2.I’2

2 (1-11) Thay vào phương trình tính mômen ta có được:

M =

nm

ph

X s

R R o s

R U

2 2 2 1

2 1

'

' 3

(1-12)

Trong đó: Xnm=X1+X2’ :là điện kháng ngắn mạch

- Phương trình trên biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f [s( )] gọi là

phương trình đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ

Với các giá trị khác nhau của s (0 s 1), phương trình đặc tính cơ cho

ta giá trị tương ứng của M

Đồ thị đường đặc tính cơ của động cơ KĐB

2 1 2

Vì ta đang xét với 0 s 1 nên sth và Mth chỉ mang dấu ( + )

- Ta nhận thấy đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ là a đường cong phức tạp và có hai đoạn AK và KB, phân giới bởi điểm tới hạn K

Đoạn đặc tính AK gần như thẳng và cứng trên đoạn này mômen động

cơ tăng thì tốc độ động cơ giảm , do vậy động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ ổn định

Đoạn KB cong với độ dốc dương, trên đoạn đặc tính này động cơ làm việc không ổn định

1.2.4 Đặc tính cơ của máy sản suất

Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữ tốc độ quay và momen quay = f(M) hoặc n=F(M) (1-15) -Trong đó: : Tốc độ góc (rad/s)

Mc: Mômen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ

Mco: Mômen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ =0

M đm : Mômen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ định mức đm

Hình1.10 : Đặc tính cơ của máy sản xuất ứng với các trường

hợp máy sản xuất khác nhau

Bảng 1: Các trường hợp số mũ q tương ứng các trường hợp tải

1.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA

1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch roto

- Phương pháp này chỉ được sử dụng với động cơ roto dây quấn và được ứng dụng rất rộng rãi do tính đơn giản của phương pháp Sơ đồ nguyên

lý và các đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình dưới đây:

Hình1.11 – Phương phá điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto

- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm

Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lên xuống của mômen tải

Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số momen tải Mômen tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh càng hẹp

Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn

Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp

1.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator

- Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ không đổi tần số Điện

áp cấp cho động cơ lấy từ bộ biến đổi điện áp xoay chiều BBĐ điện áp có thể

là biến áp tự ngẫu hoặc một bộ biến đổi điện áp

Hình dưới đây là sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần cảm

Hình1.12 – Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator

Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ không tải lý tưởng giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì

độ cứng của đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi

1.3.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các thay đổi tần số của nguồn xoay chiều

- Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi được đặc tính cơ Tấn số càng cao thì tốc độ đôngj cơ càng lớn

Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các đại lượng liên quan đến tần số như cảm kháng thay đổi, do đó dòng điện, từ thông … của động cơ cũng bị thay đổi theo và cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn, momen tới hạn cũng bị đổi.Chính vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn thường kéo theo thay đổi điện áp, dòng điện hoặc từ thông mạch stator

Khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức, cảm kháng của động cơ cũng giảm và dòng điện động cơ tăng lên Tần số giảm dòng điện càng lớn momen tới hạn càng lớn Để tránh động cơ bị qua dòng, phải tiến hành giảm

điện áp sao cho

1.3.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng việc thay đổi số cặp cực của động cơ

- Đây là cach điều chỉnh tốc độ có cấp Đặc tính cơ thay đổi và tốc độ

đồng bộ (

p

f o

2

) thay đổi theo số đôi cực Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được một cách tương ứng với các số đôi cực khác nhau Các đầu dây để đổi nối được đưa ra hộp đấu dây ở vỏ động cơ Số đôi cực của roto cũng phải thay đổi như cuộn dây stator Điều này khó thực hiện đối với động cơ roto dây quấn, còn đối với động cơ roto lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực ứng với stator Do vậy phương pháp này được thực hiện chủ yếu đối với động cơ roto lồng sóc Các động cơ chế tạo có sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để thay đổi số đôi cực Tỷ lệ thay đổi số đôi cực có thể là 2:1, 3:1 hoặc 4:1

1.4 CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

- Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại

- Ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay

- Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện Công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ

về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ

và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay

Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản

Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của động cơ

+ Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ KĐB xoay chiêu 3 pha là:

P = Pc + Pđ

Trong đó:

Pđ là công suất điện

Pc là công suất cơ

- Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới

- Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng P và cơ năng chuyển thành tổn thất

- Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng P biến thành công suất tổn thất

1.5 ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG

- Khi M = Mc thì hệ TĐĐ làm việc xác lập Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện (Mc) với đặc tính cơ của máy sản suất (M) Tuy nhiên không phải bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính

cơ trên cũng là điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải

Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học:

j

dt

d = ( M - Mc).( c) (1-17)

Người ta xác định được điều kiện ổn định là:

( M - Mc) <0 (1-18) Hay : ( c) >0 (1-19)

1.6 MỘT SỐ DẠNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

2.1 BỘ NGHỊCH LƯU

Các van bán dẫn trong bộ nghịch lưu có thể là thyristo hoặc tranzito Nhưng phù hợp và ưu việt hơn ta dùng tranzito Ưu điểm dễ thấy là bỏ được chuyển mạch cưỡng , hơn nữa tổn hao đổi chiêu nhỏ hơn Bộ nghịch lưu dùng tranzito có kích thước nhỏ và nhẹ hơn bộ nghich lưu tương đương dùng thyristo Khuyết điểm của nó là đòi hỏi tác động liên tục vào cực gốc trong chu kì dẫn của tranzito , một khuyết điểm nữa là điện áp thấp hơn của thyristo Tuy nhiên dùng tranzito mở rộng đươc phạm vi và phát huy các ưu điểm hơn thyrsto do cải thiện được đại lượng định mức và giá thành Vì vậy, dưới dây chủ yếu xem xét nghich lưu điện áp sơ đồ câu dùng van an toàn

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch :

Tụ C0 có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi , mặt khác nó trao đổi năng lượng phản kháng với cuộn cảm

Phương pháp điều khiển các van tranzisto thong thường nhất là điều khiến cho góc mở của van là α = và α = Ở đây ta xét góc dẫn tới tải đấu sao như thiết kế bằng cách xác định điện áp trên tải trong từng khoảng

thời gian (vì cứ có sự chuyển trạng thái mạch) với nguyên tắc van nào dẫn coi như là thông mạch Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối tiếp với 2 pha đấu song song nhau Do vậy điện áp trên tải sẽ chỉ có gia trị là /3(khi một pha đấu song song , với 1 trong 2 pha còn lại) hoặc 2 /3 Với giả thiết là tải đối xứng

Nguyên tắc chuyển mạch :

Cho góc mở của mối tranzisto là và cứ tiếp theo (kể từ khi tranzisto trước đó mở thì cho 1 tranzisto khác mở ) Như vậy trong cùng 1 thời gian có 3 trazisto mở

Cũng lý luận tương tự ta được chuyển mạch h.b đến h.e

2.1.2 Dạng sóng mạch nghịch lưu :

Ta tính điện áp trên từng pha trên tải , trước tiên là pha a Trong khoảng ÷ ( h.a) : =

Trong khoảng ÷ ( h.a) : =

Trong khoảng ÷ ( h.a) : =

Trong khoảng ÷ ( h.a) : =

Trong khoảng ÷ ( h.a) : =

Trong khoảng ÷ ( h.a) : =

Tương tự ta tính được pha b , c

Bảng chuyển trạng thái của diode :

2.1.3 Tính toán và chọn các phần tử trong mạch nghịch lưu :

Ta cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc :

Căn cứ vào kết quả trên , theo bảng I.2 Tranzisto công suất trang

18, sách điện tử công suất của Nguyễn Bính

Tranzisto đã chọn có mã hiệu BUX -47 Có thông số sau :

= 850 V : Điện áp cực đại khi cực bazơ bị khóa bởi điện áp âm

= 400 V : Điện áp khi cực bazơ để hở = 1.5 V : Điện áp khi tranzisto ở trạng thái bão hòa =9 A : Dòng colectơ mà tranzisto có thể chịu được

= 1.2 A : Dòng bazơ mà tranzisto có thể chịu được

= 0.8 :Thời gian cần thiết để , từ giá trị giảm xuống 0

= 3 : Thời gian cần thiết để từ giá trị tăng đến điện áp nguồn

= 125 W : Công suât tiêu tán cực đại bên trong tranzisto

b Tính chọn diode :

Dòng điện pha tải có 3 đoạn khác nhau trong nửa chu kỳ :

0 ÷ = [1- ] (1)

÷ = [1- ] (2) ÷ = [1- ] (3) Với Q = = tag φ = 0.33

= ] = 1.49 (A)

Nếu chọn hệ số quá tải dòng điện qua diode là 1.2 thì diode chọn phải chịu dòng là :

Ta chọn Diode loại B10 của Liên Xô theo bảng I1 trang 11 Sách Điện

Tử Công suất của Nguyễn Bính

2.2 BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN ÁP

Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn

cố định mà không cần điều chỉnh điện áp ra tải Bộ điều chỉnh này hoạt động theo nguyên tắc đóng cắt nguồn tải một cách chu kì theo một số luật khác nhau Phần tử thực hiện đó nhiệm vụ đó là các van bán dẫn , do chúng làm trong mạch một chiều nên chỉ dung thyristo thông thường nó không được khóa lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn như khi làm việc với dòng xoay chiều Nên ở đây có mạch chuyên dung để khóa thyristo gọi là

“ mạch khóa cưỡng bức “ gây nhiều khó khăn trong thực tế Vì vậy hiện nay người ta dung các van điều khiển cả đóng và ngắt như tranzisto bilolaz

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điều chỉnh điện áp :

Sơ đồ mạch và dạng song :

Trong khoảng thời gian 0 ta cho van T mở toàn bộ điện áp được đưa đến tải , còn trong khoảng thời gian từ T ta cắt nguồn ra khỏi tải,lúc này giá trị trung bình của điện áp ra tải là :

= dt

= dt = = 2

Với Z =

Theo biểu thức trên, suy ra 3 phương án điều chỉnh điện áp : T= const , = var : Phương pháp độ rộng xung

T= var , = const : Phương pháp tần số xung

T= var , = var : Phương pháp xung thời gian

Trong 3 phương pháp trên thì phương pháp tần số xung và phương pháp xung thời gian có nhiều nhược điểm Tần số phải thay đổi trên một phạm vi rộng lớn mới có thể cung cấp một dải điện áp đầu ra Việc thiết kế bộ lọc với tần số thay đổi được gặp nhiều khó khăn Trong trường hợp mức điện

áp ra thấp nếu ta điều khiển theo phương pháp này sẽ làm thời gian lớn gây nên hiện tượng gián đoạn dòng điện

Việc sử dụng phương pháp độ rộng xung tránh được phần nào nhược điểm trên nên nó có tính thích hợp cao hơn, do đó ta chọn phương pháp này

để điều khiển

2.1.2 Tính chọn Tranzisto T :

Ở đây ta dung phương pháp độ rộng xung

Gọi : Thời gian mở

: Thời gian khóa của tranzisto

Điện áp trước bộ biến đổi

Ta có điện áp chung bình sau bộ biến đổi là :

Vậy chọn dòng điện cực đại qua tranzisto là = 2.49 ( A ) Chọn hệ

số dự trữ dòng = 1.2 Vậy phải chọn Tranzisto sao cho thỏa mãn dòng qua

đó là :

= = 1.2*3.28 = 2.868 (A)

Khi sụt áp trên bộ lọc cuộn dây phía trước nghịch lưu là không đáng kể , do đó giá trị điện áp phía sau bộ biến đổi tại thời điểm cực đại của dải điều chỉnh Z là: